想要调节一座城市的温度：二氧化碳来帮忙

材料牛注：众所周知，二氧化碳通常用作工业液态制冷剂，但是其对于城市建筑的降温和加热效果也同样明显。近日，瑞士联邦理工学院的科学家们利用循环网络模型对这一假说进行了分析。

二氧化碳是主要的温室气体，但是它同时又能减轻温室效应。在超市中，二氧化碳通常被用作“清洁”液态制冷剂，而在一座城市的热量循环中，二氧化碳则被证实是一种高效的在建筑物中传递热量的工具。瑞士联邦理工学院的科学家们在对于一个日内瓦商业区进行了建模和模拟后，展示出了利用二氧化碳的加热和冷却的分布系统，这种系统可以最终实现80%的节能效果。

在欧洲，建筑部门通常占有社会能源的40%，而且还产生了大约三分之一的温室气体排放量。瑞士就是其中的一个典型代表。在日内瓦和洛桑，大量的建筑需要满足不同类型的热循环要求。例如，为了达到一个舒适的温度，水循环的温度通过散热器的调节后必须达到至少50摄氏度，而地面的温度仅仅只需30摄氏度的。除此以外，在炎热的夏天，当超市的空调全速运转时，这家超市附近的电厂中就有着一台提供能量的锅炉释放着热量，而这些热量可能已经扩散到这家超市的所有楼层。这其实是一种严重的能源浪费。

Samuel Henchoz是一位在IPESE(Industrial Process and Energy Systems Engineering Group)工作的工程师，他代表IPESE集团与能源中心合作来共同解决这个问题。在Henchoz的构想中，他针对饱和液态制冷剂分析后得到了一种全新的设计理念，即对二氧化碳在建筑间的循环系统加压来提高性能。正如一台冰箱，液态二氧化碳通过热交换器蒸发达到制冷的目的。而当气态二氧化碳在热交换器中液化时，可以释放热量以达到加热的目的。

收的回的能量

在 Henchoz设计的循环系统中，二氧化碳的循环是在15摄氏度左右进行的，这个温度正好是介于其饱和液态以及气态之间。同时，这个温度也接近地面土壤的温度，这样会大大降低对绝缘管道的要求。因为没有冻结的风险，管道甚至可以安放在人行道下面。此外，管道自身的直径可以比其在水中小很多，这是因为气体加压后有着很高的能量密度，不会占有较大的体积。此外还有一个显著地优点是，液态二氧化碳可以通过冷却器的重新吸收热量进行二次循环。

目前，这个系统的设计无疑是吸引人的。但是使用二氧化碳作为液态制冷剂在城市中使用，是否安全可靠、高效经济还不得而知。Henchoz决定通过对日内瓦中心的区域分析模拟来进行评估。他采用了五种不同的流体制冷剂网络模型进行模拟，并且比对能量利用效果和经济效益。

看得见的利润

通过模拟，他发现目前的循环系统中，使用的锅炉和普通的冷却装置效果十分糟糕。此外，他观察到的所有的可控因素都可以进行优化，从而最终实现百分之八十的节能。其中，最有价值的变量仍然使用二氧化碳作为传热流体，并且还可以将二氧化碳作为热量调节的中枢。

这项设计系统前期需要27到35亿的万法郎的投资，但这个模型系统采用后的四到六年之后可以实现盈利。此外与冷水循环系统相比，系统的安全性和稳定性更好，但是缺点是价格比较昂贵。“和液态制冷剂相比，二氧化碳是天然的、廉价的不易燃而且无毒,”Henchoz说道，“但是它唯一的缺点是这种循环需要在50巴（1巴=100千帕）的压力下进行，而通常采用瓦特为单位很难进行计量，需要官方进行统一标准”。

最后，该项目得到了瑞士科技创新委员会的融资，Henchoz与日内瓦的公用事业公司合作实验并且测试了一个小型液体制冷剂循环网络。测试主要目的在于检测系统的稳定性。正如预期得到了良好的效果。同时验证了系统可以通过集成电路进行控制。“这次测试鼓励了我们研究二氧化碳城市循环网络上的信心。”Henchoz表示道。

原文链接：Using CO2 for Heating and Cooling in Urban Areasg-and-cooling-urban-areas

感谢材料人编辑部杨洪期提供素材